Σχεδίαση και κατασκευή υποεπενεργούμενου, ανθρωπομορφικού ρομποτικού χεριού

Κοντούδης, Γεώργιος; Kontoudis, Georgios

dc.contributor.author	Κοντούδης, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Kontoudis, Georgios	en
dc.date.accessioned	2016-07-04T08:38:52Z
dc.date.available	2016-07-04T08:38:52Z
dc.date.issued	2016-07-04
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/42951
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.12263
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού - Παρόμοια Διανομή 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/gr/	*
dc.subject	Σχεδίαση ρομποτικών χεριών	el
dc.subject	Διαφορικοί μηχανισμοί	el
dc.subject	Ανθρωπομορφισμός	el
dc.subject	Αρπάγη αντικειμένων	el
dc.subject	Κινηματική	el
dc.subject	Robot hands design	en
dc.subject	Kinematics	en
dc.subject	Anthropomorphism	en
dc.subject	Differential mechanisms	en
dc.subject	Grasping	en
dc.title	Σχεδίαση και κατασκευή υποεπενεργούμενου, ανθρωπομορφικού ρομποτικού χεριού	el
dc.title	Design and development of an underactuated, anthropomorphic robot hand	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Robotics	en
heal.classification	Ρομποτική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-03-18
heal.abstract	Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η σχεδίαση και κατασκευή ενός ανθρωπομορφικού, υποεπενεργούμενου και παραμετροποιήσιμου ρομποτικού χεριού, χαμηλού κόστους και βάρους. Το ανθρώπινο χέρι είναι το πιο επιδέξιο τελικό άκρο αρπάγης και χειρισμού αντικειμένων στην φύση, συνεπώς αναλύεται η ανθρωπομορφικότητα ως κριτήριο σχεδίασης του ρομποτικού χεριού. Για την εξασφάλιση της λειτουργικότητας του ρομποτικού χεριού χρησιμοποιήθηκαν ελαστικές αρθρώσεις που εισάγουν υποχωρητικότητα στην κατασκευή, απαιτούν απλούς νόμους ελέγχου και παρουσιάζουν εξαιρετική λειτουργικότητα σε μη δομημένα περιβάλλοντα. Στην συνέχεια, επιτυγχάνονται χαμηλό κόστος και βάρος της κατασκευής με την χρήση ελαφρών και ευρέως διαδεδομένων υλικών όπως το Plexiglas & το ABS. ΄Ενας άλλος κρίσιμος παράγοντας μείωσης του κόστους και του βάρους είναι η επιλογή των ηλεκτρικών επενεργητών. Στην συγκεκριμένη εργασία, επιλέχτηκε να χρησιμοποιηθεί 1 ηλεκτρικός επενεργητής που συνεργάζεται με κατάλληλο διαφορικό μηχανισμό για την μεταφορά της κίνησης στα δάχτυλα του ρομποτικού χεριού. Με τις απαιτήσεις που ορίστηκαν προέκυψαν συγκεκριμένοι περιορισμοί για την σχεδίαση και την κατασκευή του ρομποτικού χεριού. Οι περιορισμοί ξεπεράστηκαν με την επιλογή συγκεκριμένων αποφάσεων και παραδοχών. Στην συνέχεια, με γνώμονα τις αποφάσεις και τις παραδοχές, επιλέχθηκαν συγκεκριμένα χαρακτηριστικά για την σχεδίαση του ανθρωπομορφικού ρομποτικού χεριού. Πιο συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκε ο ιατρικός έλεγχος του Kapandji ως κριτήριο για τον ορισμό των θέσεων των αρθρώσεων του αντίχειρα, επιλέχθηκε η χρήση οδοντωτού μηχανισμού σύμπλεξης του αντίχειρα, για την διακριτοποίηση των θέσεων του οποίου μελετήθηκαν ταξινομήσεις αρπάγης του ανθρώπινου χεριού, και αναπτύχθηκε καινοτόμος διαφορικός μηχανισμός επιλεκτικής εμπλοκής των δαχτύλων βασιζόμενος στο Whiffletree. Ακολούθως, υλοποιήθηκαν οι επιλογές των συγκεκριμένων χαρακτηριστικών για την σχεδίαση του ανθρωπομορφικού ρομποτικού χεριού. Η σχεδίαση είναι παραμετρική και επιτρέπει την αναπαραγωγή προσωποποιημένων ανθροπομορφικών ρομποτικών χεριών. Το προτεινόμενο χέρι μπορεί να κατασκευαστεί είτε από μηχανή κοπής laser, είτε από μηχανή εναπόθεσης τήγματος (3D printer). Στην συνέχεια, επαληθεύτηκε μέσω εκτενών πειραμάτων, η λειτουργικότητα του συνόλου της κατασκευής του ανθρωπομορφικού ρομποτικού χεριού. Τα πειράματα χωρίστηκαν σε 2 μέρη, όπου στο πρώτο μέρος δοκιμάστηκε η λειτουργικότητα του διαφορικού μηχανισμού επιλεκτικής εμπλοκής, ενώ στο δεύτερο μέρος εξετάστηκε η ικανότητα του χεριού να επιτυγχάνει αρπάγες καθημερινών αντικειμένων. Από τα παραπάνω, εξήχθησαν σημαντικά συμπεράσματα που αφορούν την συνεισφορά του διαφορικού μηχανισμού και την συνολική λειτουργικότητα της κατασκευής. Το συγκεκριμένο ρομποτικό χέρι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για πληθώρα εφαρμογών ρομποτικής καθώς και ως προσθετικό άκρο χαμηλού κόστους και βάρους.	el
heal.abstract	This thesis focuses on the design and development of an anthropomorphic, underactuated, personalized robot hand of low cost and weight. Human hand is the most versatile and dexterous end–effector known, so in this thesis we argue that anthropomorphism is an important feature for hand design. Elastic joints were selected in order to introduce passive compliance in the hand structure, simplify the control problem and perform robust grasping in unstructured environments. Low weight and cost were achieved with the use of common, lightweight and off–the–self materials, like Plexiglas & ABS. Moreover, in this thesis we select to use a single actuator with a novel selectively differential mechanism that allows the execution of different grasping postures and gestures. The aforementioned specifications led us to appropriate design choices for the anthropomorphic robot hand. More precisely, the Kapandji test was used to derive the exact positions of thumb joints, a toothed locking mechanism was implemented for the opposition of the thumb and a novel selectively lockable differential mechanism, based on the Whiffletree, was developed. The proposed design is parametric and allows the replication of personalized, anthropomorphic robotic and prosthetic hands. The proposed hands can be manufactured with either a laser cutter or a 3D printer. In order to validate the efficiency of the proposed robot hand design we conducted two different sets of experiments. During the first set, the efficiency of the selectively lockable differential mechanism was assessed, while the second set assessed the ability of the hand to efficiently grasp a wide range of everyday life objects. The suggested robot hand can be used for a variety of robotic applications as well as the creation of an affordable, light–weight prosthesis.	en
heal.advisorName	Κυριακόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.advisorName	Λιαροκάπης, Μηνάς	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Αντωνιάδης, Ιωάννης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου. Εργαστήριο Αυτομάτου Ελέγχου και Ρυθμίσεως Μηχανών και Εγκαταστάσεων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	102 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true